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Research Article
Yu Xia*1,2, Jinlin Hu*3, Xiang Li4, Shuang Zheng4, Ge Wang1,2, Songtao Tan1,2, Zengxiao Zou1,2, Qiong Ling2,5, Fenghua Yang4, Xiaoping Fan1,2
1Department of Cardiovascular Surgery, Guangdong Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine,the Second Affiliated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine, 2The Second Clinical College of Guangzhou University of Chinese Medicine, 3Department of Cardiovascular Surgery, The First Affiliated Hospital,Jinan University, 4Guangdong Provincial Key Laboratory of Laboratory Animals,Guangdong Laboratory Animals Monitoring Institute, 5Department of Anesthesiology, Guangdong Provincial Hospital of Chinese Medicine,the Second Affiliated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
임상 연구에서 발견된 가족성 유전성 심근병증 계열을 기반으로 이 돌연변이를 확인하기 위해 CRISPR/Cas9 매개 게놈 엔지니어링을 통해 마우스 MYH7 유전자좌에서 점 돌연변이(G823E)가 있는 C57BL/6N 마우스 모델을 만들었습니다.
가족성 비대성 심근병증(HCM, OMIM: 613690)은 중국에서 가장 흔한 심근병증입니다. 그러나 HCM의 근본적인 유전 적 원인은 여전히 파악하기 어렵습니다.
우리는 이전에 HCM을 가진 큰 중국 한족에서 미오신 중쇄 7 (MYH7) 유전자 이형 접합 변이체 NM_000257.4 : c.G2468A (p.G823E)를 확인했습니다. 이 계열에서 변종 G823E는 상 염색체 우성 장애와 분리됩니다. 이 변이체는 MYH7 단백질의 목 영역의 레버 암 도메인에 위치하며 상동 미오신 및 종 사이에서 고도로 보존됩니다. G823E 변이체의 병원성을 확인하기 위해 CRISPR/Cas9 매개 게놈 공학을 통해 마우스 MYH7 유전자좌에서 점 돌연변이(G823E)가 있는 C57BL/6N 마우스 모델을 제작했습니다. gRNA 표적화 벡터와 공여자 올리고뉴클레오티드(표적화 서열이 134bp의 상동성 옆에 있음)를 설계했습니다. 공여체 올리고뉴클레오티드 내의 p.G823E (GGG 내지 GAG) 부위를 상동성-지시 복구에 의해 MYH7의 엑손 23 내로 도입하였다. 침묵된 p.R819 (AGG 대 CGA)를 또한 삽입하여 gRNA 결합 및 상동성 지향적 복구 후 서열의 재절단을 방지하였다. 심 초음파는 생후 2 개월에 MYH7 G823E /- 마우스에서 수축기가있는 좌심실 후벽 (LVPW) 비대를 나타 냈습니다. 이러한 결과는 마찬가지로 조직학적 분석에 의해 검증되었습니다(그림 3).
이러한 결과는 G823E 변이체가 HCM의 발병기전에 중요한 역할을 한다는 것을 입증한다. 우리의 연구 결과는 가족 성 HCM과 관련된 MYH7 변종의 스펙트럼을 풍부하게하고이 중국 가족의 유전 상담 및 산전 진단에 대한 지침을 제공 할 수 있습니다.
비대성 심근 병증 (HCM, OMIM : 613690)은 중국에서 가장 흔한 심근 병증으로 추정 발병률은 0.2 %로 150,000 명에게 영향을 미칩니다 1,2.
HCM을 특징 짓는 병리학 적 해부학 적 특징은 비대칭 심실 비대이며, 이는 종종 심실 유출로 및 / 또는 심실 중격3을 포함합니다. 임상 증상은 운동 호흡 곤란, 피로 및 흉통입니다. HCM의 개별 표현형은 임상 적으로 교활한 심부전에서 심각한 심부전에 이르기까지 다양합니다. HCM 환자는 치료, 심장 이식, 생명 유지 장비 및 다 분야 추적 관찰이 필요합니다4.
지난 세기 동안 PCR 기술은 우리가 DNA5를 연구하는 방식을 변화 시켰습니다. 임상 진단을위한 DNA 시퀀싱 방법은 Sanger와 동료6에 의해 발견되었습니다. Sanger 기술은 이후 인간 게놈 프로젝트에 적용되었지만 이 접근 방식은 비용과시간이 많이 소요되었습니다7. 전체 게놈 시퀀싱(WGS)의 출현으로 인간 유전 질환에 대한 통찰력이 새로운 차원으로 올라갔지만 비용 측면에서는 여전히 엄두가 나지 않았습니다. 전체 엑솜 시퀀싱(WES) 기술은 생식계열 변이체8를 검출하기 위해 오랫동안 사용되어 왔으며 다양한 암9의 엑솜에서 체세포 동인 돌연변이를 확인하는 데 성공적이었습니다. WES에 의한 DNA 엑손 또는 코딩 영역의 검출은 대부분의 멘델 질환에서 병원성 변이를 밝히는 데 사용될 수 있습니다. 오늘날 시퀀싱 비용이 감소함에 따라 WGS는 유전체학 연구에서 중요한 도구가 될 것으로 예상되며 게놈의 병원성 변이 검출에 널리 사용될 수 있습니다.
WES 기술은 또한 유전성 심근 병증에서 병인을 더 밝히기 위해 병원성 변이를 식별하는 데 사용되었습니다. 새로운 증거는 MYH7 10, MYH6 11, MYBPC3 12, MYL2 13, MYL3 14, TNNT2 15, TNNI3 16, TNNC1 17 및 TPM1 18과 같은 육종 구조 단백질 유전자 돌연변이를 코딩하는 유전자가 HCM의 유전 적 병인을 담당한다는 것을 암시합니다. 희귀 질환 유발 유전자(예: 옵스큐린, 세포골격 칼모듈린 및 티틴 상호작용 RhoGEF (OBSCN, OMIM: 608616)19, 작용 알파 2 (ACTN2, OMIM: 102573)20, 시스테인 및 글리신이 풍부한 단백질 3(CSRP3, OMIM: 600824)21)의 병원성 변이에 대한 인식도 HCM과 관련이 있습니다. 현재의 유전 연구는 HCM 환자의 약 40 % -60 %에서 육종 단백질 유전자에서 여러 가지 별개의 병원성 변이를 확인했으며, HCM 환자의 유전자 검사에서 대부분의 병원성 변이체가 미오신 중쇄 (MYH7) 및 미오신 결합 단백질 C (MYBPC3). 그러나 HCM의 유전 적 기초는 여전히 파악하기 어렵습니다. 인간 HCM 환자의 기초가되는 이러한 변이의 병원성을 탐구하는 것은 주요 과제로 남아 있습니다22.
이 연구에서는 WES의 HCM을 가진 중국 한족의 MYH7의 병원성 변이를 보고합니다. 이 변종의 병원성을 확인하기 위해 CRISPR/Cas9 시스템을 사용하여 C57BL/6N-Myh7em1(G823E) 노킨 마우스를 구축했습니다. 우리는 또한이 변종의 그럴듯한 메커니즘에 대해서도 논의합니다.
가족의 역사는 가족 구성원을 인터뷰하여 얻었습니다. 이 연구는 광동성 중의학 병원 윤리위원회 (No. 2019074 167)의 승인을 받았습니다. 모든 가족 구성원으로부터 정보에 입각한 서면 동의를 얻었습니다. 모든 동물은 광동성 중의학 병원(광저우, 중국)의 윤리 지침에 따라 치료됩니다.
1. 연구 과목
참고: 프로밴드 III-3은 2019년 7월 광동성 중의학병원 심혈관 외과에 의학적 조언을 구했습니다.
2. DNA 추출
알림: DNA는 제조업체의 지침에 따라 상업용 혈액 키트로 추출됩니다.
3. 전체 엑솜 시퀀싱 및 변이체 분석
참고: 질병을 유발하는 유전자 돌연변이를 체계적으로 검색하기 위해 영향을 받은 개체(II-5, II-7, III-3, III-7, III-8, III-9 및 IV-3)와 영향을 받지 않은 개체(III-2, III-5, IV-4)에서 엑솜 시퀀싱을 수행했습니다.
4. 생어 시퀀싱
5. C57BL/6N-MYH7em1(G823E) 노킨 마우스 생성
6. 심장 형태 및 기능 평가
참고: M-모드 심초음파를 적용하여 C57BL/6N-Myh7em1(G823E) 노킨 마우스의 심장 형태와 기능을 평가합니다.
가족의 임상 프로필
HCM의 가족 혈통을 얻었으며 그림 2에 나와 있습니다. 문서화 된 모든 가족 구성원은 등록시 HCM 진단을 받았습니다.
가족 (그림 2A)에서 프로 밴드는 46 세에 HCM 및 좌심실 유출로 폐쇄 (LVOTO)로 진단되어 심장 수술을받은 환자 III-7이었다. 환자 III-3은 외과 적 치료가 필요하지 않은 경미한 HCM을 가졌습니다. 환자 IV-3은 또한 그의 아버지 인 환자 III-3과 유사한 경미한 HCM을 가지고있었습니다. 환자 II-5는 HCM을 앓고 LVOTO로 인해 51 세의 나이에 결함을 복구하기 위해 수술을 받았습니다. 환자 I-1과 환자 II-2는 각각 57 세와 46 세의 심장 사고로 사망했습니다. 환자 I-1의 병력을 알 수 없었습니다. 환자 II-7 및 환자 III-9는 호흡 곤란을 나타내고 HCM으로 진단되었습니다.
엑솜 서열 분석 및 변이체 분리
이 패밀리에서, 5 명의 개체의 엑솜 시퀀싱은 평균 판독 길이가 125 bp 인 총 19,978,731 쌍의 시퀀싱 된 판독의 평균을 생성했다. 전체적으로 시퀀싱된 판독의 98.72%가 품질 평가를 통과했으며 인간 참조 게놈의 98.66%에 매핑되었습니다. 필터링 후에도 42개 이상의 변이체(단일 뉴클레오티드 치환 및 인델 포함)가 이 4명의 환자에 의해 공유되었습니다. 이 중 27 개는 잘못된 SNV였으며 15 개는 접합을 변경할 것으로 예측되었습니다. 마지막으로, ACMG 등급 가이드라인에 따르면, 이형접합체 c.G2468A; MYH7 (NM_0002571)의 p.G823E 변이체는 다른 3 명의 환자뿐만 아니라 프로 밴드 III-7에서 관찰되었다.
병원성 돌연변이의 확인
Sanger 시퀀싱은 모든 환자에서 동일한 MYH7 p.G823E 변이를 확인했지만 가족 및 174명의 대조군의 건강한 개인에서는 확인되지 않았습니다(그림 2B). 이형 접합체 MYH7 p.G823E는이 가족에서 완전히 공동 분리되었습니다. 이 가족에서이 변종을 보유한 환자 IV-3은 환자 III-3으로부터이를 물려 받았습니다. 환자 III-7 및 III-8은 아버지로부터 물려받은 동일한 변종을 가지고 있었다. 환자 III-9에 대한 정보를 사용할 수 없습니다.
산발성 환자24에 의해 HCM에서 이전에 기술된, 이러한 변이체는 1000 G, ESP6500, ExAC, HGMD, ClinVar 데이터베이스 또는 대조군 대상체에서 보고되지 않았다. MYH7의 목 도메인 영역 내의 코돈 823에서의 글리신 잔기는 모든 이용가능한 척추동물 미오신 서열에서 고도로 보존된다 (도 2C). MYH7은 알려진 HCM 원인 유전자이며 심장 발달 또는 구조 / 기능에 중요한 역할을합니다. ACMG 표준 및 지침에 따라 MYH7 p.G823E 변이체는 병원성 변이체(PVS1 + PS3 + PS4 + PM2)로 예측되었습니다. 종합하면, 이러한 결과는이 변이가 해롭고 이들 가족에서 HCM의 발병 기전에 기여한다는 것을 뒷받침합니다.
C57BL / 6N-Myh7em1 (G823E) 노킨 마우스는 심한 심장 비대를 일으켰습니다.
MYH7 p.G823E의 발병 기전을 추가로 확인하기 위해 C57BL / 6N-Myh7em1 (G823E) 노킨 마우스를 생성합니다. C57BL / 6N-MYH7em1 (G823E) 노킨 마우스는 출생 후 연령 의존적 심장 비대를 개발했습니다 (그림 2A, B). 심 초음파는 C57BL / 6N-Myh7em1 (G823E) 노킨 마우스에서 증가 된 HR로 IVS 및 LVPW가 발생했음을 밝혀 냈습니다 (표 1). 이러한 결과는 마찬가지로 조직학적 분석에 의해 검증되었습니다(그림 3). 야생형 마우스와 이형접합체 마우스 사이에 LVDd, LVD, EF 또는 CO에서 명백한 차이는 없었다(표 1).

그림 1: 초음파 데이터 수집 . (A) 프로브는 흉골의 장축에 있습니다. (B) 프로브는 흉골의 짧은 축에 위치합니다. (C) 흉골의 장축 보기의 M 모드 초음파 이미지. 노란색 화살표는 심실 중격의 위치를 나타냅니다. 빨간색 화살표는 플로팅 밸브를 나타냅니다. (D) 흉골의 단축 보기의 M 모드 초음파 이미지. 노란색 화살표는 전방 유두근의 위치를 나타내고 아래의 돌출부는 후방 유두근입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 이형접합체 MYH7 G823E 변이체를 보유한 대가족 . (A) 프로밴드는 화살표로 표시됩니다. 전체 및 열린 원과 사각형은 각각 영향을받는 개인과 정상적인 개인을 나타냅니다. (B) 생어 시퀀싱에 의해 확인된 MYH7의 G823E 변이체. (C) 다른 종에서 MYH7 G823E 사이트의 보존. 노란색 화살표는 고도로 보존된 다른 종의 아미노산 서열에서 G823E의 부위를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3 : 심근 조직의 병리학 적 변화. (A) 심근 섬유는 질서 정연하게 배열되어 있으며 각 부분간에 큰 차이가 없습니다. (B) 심실 근육 섬유 비대, 무질서한 배열 및 병변은 주로 좌심실 및 심실 중격의 후벽에 집중되어 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| C57BL / 6N-Myh7em1 (G823E) 노킨 마우스 그룹 | 대조군 | ||
| (n=4) | (n=6) | ||
| HR (/분) | 451.25 ± 25.786 | 413.83 ± 12.77 | 피 = 0.015 |
| LVDd (밀리미터) | 4.12 ± 0.33 | 3.95 ± 0.20 | 피 = 0.330 |
| LVD (밀리미터) | 2.95 ± 0.44 | 2.85 ± 0.20 | 피 = 0.626 |
| EF(%) | 55.02 ± 9.52 | 54.31 ± 5.11 | 피 = 0.881 |
| 일산화탄소 (밀리리터) | 18.46 ± 3.05 | 15.30 ± 2.39 | 피 = 0.102 |
| IVS (밀리미터) | 1.13 ± 0.20 | 0.67 ± 0.07 | 피 = 0.001 |
| LVPW (밀리미터) | 1.40 ± 0.60 | 0.70 ± 0.06 | 피 = 0.000 |
표 1: p.G823E 및 야생형에 대한 형태 및 기능 분석. 데이터는 SPSS를 사용하여 분석하였다. 계량형 변수는 평균 ± 표준 편차(SD)로 표현됩니다. 계량형 변수에 대한 스튜던트 t 또는 Wilcoxon 순위 합계 검정입니다. 0.05 미만의 p-값은 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다.
보충 파일 1. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 선언 할 재정적 이해 상충이 없습니다.
임상 연구에서 발견된 가족성 유전성 심근병증 계열을 기반으로 이 돌연변이를 확인하기 위해 CRISPR/Cas9 매개 게놈 엔지니어링을 통해 마우스 MYH7 유전자좌에서 점 돌연변이(G823E)가 있는 C57BL/6N 마우스 모델을 만들었습니다.
이 작업은 광동성 의료 연구 기금 프로젝트(A2022363)와 중국 광둥 과학 기술 위원회의 주요 프로젝트(보조금 번호 2022)의 지원을 받았습니다.
이 원고를 준비하는 동안 도움을 주신 메릴랜드 대학교 칼리지 파크의 Qingjian Chen에게 감사드립니다.
| 0.5&배; TBE | 상하이 상곤 | ||
| 2× Taq 마스터 믹스 (염료 플러스) | Nanjing Novizan Biotechnology Co., Ltd. | ||
| 가로스 | 레구 | ||
| 소동물용 마취기 | Reward Life Technology Co., Ltd. | R500 | |
| BED툴 | 2.16.1 | ||
| Cas9 in vitro digestion method to detect gRNA efficiency kit | Viewsolid Biotechnology Co., Ltd. | VK007 | |
| DNA 마커 | Thermo Fisher Scientific | ||
| DNA 안정제 | Shanghai Seebio Biotechnology Co., Ltd. | DNAstable LD | 는DNA 분해를 방지합니다 |
| 전기 파라핀 마이크로톰 | Shenyang Hengsong Technology Co., Ltd. | HS-S7220-B | |
| GATK | v3.5 | ||
| Gentra Puregene 혈액 키트 | 산타 클라라 | ||
| 유리 슬라이드, 커버 슬립 | Jiangsu Invotech Biotechnology Co., Ltd. | ||
| Hematoxylin 염색 용액, Eosin 염색 용액 | Shanghai Biyuntian Biotechnology Co., Ltd. | C0107-500ml, C0109 | |
| HiSeq X-ten 플랫폼 | Illumina | 는 캡처된 라이브러리에서 염기서열분석을 수행합니다 | |
| . 융모성 성선 자극 호르몬 주입 | Livzon Pharmaceutical Group Inc. | ||
| 임산부 암말 혈청 성선 자극 호르몬 | Livzon Pharmaceutical Group Inc. | 주사||
| Isoflurane | 현지 공급 업체 | 흡입 마취 | |
| 미세 주입 현미경 | Nikon | ECLIPSE Ts2 | |
| NanoDrop | Thermo Fisher Scientific | 2000 | |
| 파라핀 임베딩 기계 | Shenyang Hengsong Technology Co., Ltd. | HS-B7126-B | |
| Picard | (2.2.4) 20 | ||
| 단백질분해효소 K | Merck KGaA | ||
| samtools | 1.3 | ||
| Sequencer Applied Biosystems | ABI 3500 | ||
| 실체현미경 | Nikon | SMZ745T | |
| SureSelect Human All Exon V6 | Agilent Technology Co., Ltd. | 엑솜 프로브 | |
| T7 ARCA mRNA 키트 | New England BioLabs, Inc. | NEB-E2065S | |
| 온도 상자 | BINDER GmbH | KBF-S Solid.Line | |
| Trizma Hydrochloride 솔루션 | Sigma, Merck KGaA | No. T2663 | |
| 수의학 초음파 시스템 | Royal Philips | CX50 |